diseño de intercambiadores

Diseño Preliminar y Estimación de Costos: Proceso de Producción de Acetona


Corriente
1
2
3
4
5
6
7
8
Temperatura (°C)
22
90
61
61
90
83
83
109
Presión (bar)
1,63
1,4
1,5
1,5
1,4
1,2
1,2
1,4
Flujo másico (ton/h)
2,79
0,92
4,22
4,22
0,92
8,23
0,27
0,65
Flujo molar (kmol/h)
74,02
41,73
72,51
32,29
41,73
177,18
5,88
35,85
Flujo molar del componente(kmol/h)
Hidrogeno
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Acetona
32,43
0,16
72,45
32,27
0,16
4,82
0,16
0,00
Alcohol Isopropilico
3,84
3,82
0,05
0,02
3,82
115,0
3,82
0,00
Agua
37,75
37,75
0,01
0,00
37,75
57,26
1,90
38,85

Se modificaron las corrientes 3 de tal manera que hubiese presencia de agua en el tope. Todo esto con el propósito de simplificar loscálculos.
Servicio
cw
cw
cw
lps
lps
Equipo
E-1006
E-1008
E-1005
E-1007
E-1010
Flujo (ton/h)
74
176
1,68
3,55
4,16

COSTO DE LA COLUMNA DE DESTILACIÓN T-1005
Se asume una mezcla de componentes ideal. Por lo que obedecen a la ley de Raoult.
Cálculo del número de etapas de equilibrio.
El número mínimo de etapas de equilibrio se calculó mediante la ecuación de Fenske1:
(1)
Siendo lavolatilidad relativa promedio, , igual a:
(2)
Y a su vez se puede definir las volatilidades relativas en el fondo y tope como la relación entre las presiones de vapor de los componentes liviano (acetona) y pesado (agua) claves respectivamente.2
(3)
Las presiones de vapor de cada componente se calculan a partir de la ecuación de Antoine:

Donde Pi° está en mmHg y T en K. los valores de lasconstantes de Antoine para cada uno de los componentes se encuentran consignados en la tabla &&
COMPONENTE
Ai
Bi
Ci
Acetona
16,6513
2940,46
-35,92
Alcohol Isopropilico
18,6929
3440,80
-53.54
Agua
18,3036
3816,44
-46,13

La presión de vapor de la acetona en el tope será:



Y en el fondo:



En el caso del agua, presión de vapor en el tope será:



Y en el fondo:De la misma manera se calculó la presión parcial del alcohol isopropilico. Estos valores se encuentran tabulados en la tabla ###.
COMPONENTE
Pi° (bar) @ 335,15 K
Pi° (bar) @ 382,15 K
Acetona
1,1869
4,6565
Alcohol Isopropilico
0,8276
4,9624
Agua
0,1470
1,071

Por lo que las volatilidades relativas en el fondo y en el tope, que se calculan con la ecuación (3), son:


Reemplazandoen la ecuación (2):

Ahora bien, las composiciones de fondo y tope para la acetona y el agua son:


Reemplazando en la ecuación (1):



EL número óptimo de platos teóricos óptimo económicamente es cercano al doble del valor mínimo3:

Asumiendo la eficiencia más baja posible (60%)4, el número de etapas actuales será:

Considerando un factor de seguridad del 10% del número de etapascalculadas5:

Cálculo del Diámetro de la columna.
El diámetro de la columna se calcula mediante el método de velocidad de arrastre del vapor. Para lo cual se hace necesario calcular en primera instancia el peso molecular promedio del vapor del tope de la columna. Por lo que se parte de los valores de presión parcial de cada uno de los componentes, consignados en la tabla ##, para el cálculo de lasconstantes de Raoult:
(4)
Siendo la presión en el tope de la columna 1,20 bar.
COMPONENTE
K
Z(Fi/FT)
Acetona
0,9890
0,44
Alcohol Isopropilico
0,6896
0,05
Agua
0,1225
0,51

Los componentes predominantes de la fase vapor son la acetona y el alcohol isopropilico. A partir de esta información se armó la siguiente tabla:
COMPONENTE
fi
fj
Ki
Kj
li
vi
xi
yi
Acetona
32,430,9890

34,1287
1,6987
0,47
0,20
Alcohol Isopropilico
3,84

0,6896

5,7956
1,9556
0,07
0,24
Agua

37,75

0,1225
33,3069
4,4430
0,46
0,56

Siendo :

Por lo que en el caso de la acetona:

Alcohol isopropilico:

Y :

Por lo que para el agua será:

Y xi, yi:


El peso molecular del vapor ser:


La densidad del vapor en el tope se podrá definir a partir de la...